CN107843556B - 用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置及其使用方法，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块内，钢筋与混凝土试块的接触部位设置有多个石墨烯应变单元，石墨烯应变单元的两侧分别设置塑料软导管，塑料软导管设置在混凝土试块内且塑料软导管从混凝土试块边缘引出；塑料软导管内设置有应变片导线，应变片导线一端连接石墨烯应变单元应变片导线一端连接电学测试设备；使用时，通过电学设备连通试件中埋置的石墨烯‑水泥混合胶体，即可采集到不同荷载作用下石墨烯‑水泥混合胶体的电阻变化ΔR，再利用下式求得钢筋沿埋置长度各点的应变值ε：本发明具有试验方法简单，方便快捷，对钢筋没有损伤的优点。

Description

用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置及其方法
技术领域
本发明涉及粘结应力测试技术领域，特别涉及用于混凝土与钢筋之间粘结应变测试装置及其使用方法。
背景技术
钢筋与混凝土的粘结作用是钢筋与混凝土之间的一种复杂的相互作用，依靠这种作用来传递两者间的应力保证钢筋和混凝土的共同协调工作。测定沿钢筋纵向粘结应力的分布通常采用轴心拔出试验，各点的粘结应力可以由相邻两点间钢筋的应力差除以接触面积近似计算。为了测量应力时不至于破坏钢筋与混凝土接触面的粘结，历来通常采用的方法是将钢筋沿纵向剖为两半，在钢筋内开槽并埋入标距为一的应变片并引出导线，然后用环氧树脂将两半钢筋粘结在一起，在两半钢筋拼合处还需点焊处理以增加结合的牢固度。
虽然钢筋内开槽贴片法能够较好地测得钢筋内的应变，但也存在其明显的缺点，采用剖开钢筋并通长铣槽的试验方法对钢筋本身的损坏较大，从而造成钢筋本身的性能发生较大改变，试验结果可能失真，并且此法仅能够应用于处理较粗钢筋，细钢筋根本无法采用由于钢筋创面较大，以往采用应变片的试验中废片率较高。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供用于混凝土与钢筋之间粘结应变测试装置及其使用方法，具有低成本、方便、快捷的优点。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置，包括混凝土试块3和钢筋2，钢筋2设置在混凝土试块3内，钢筋2与混凝土试块3的接触部位设置有多个石墨烯应变单元1，石墨烯应变单元1的两侧分别设置塑料软导管4，塑料软导管4设置在混凝土试块3内且塑料软导管4从混凝土试块3边缘引出；塑料软导管4内设置有应变片导线5，应变片导线5一端连接石墨烯应变单元1，应变片导线5另一端连接电学测试设备。
所述的石墨烯应变单元1的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：石墨烯分散液与水泥均匀混合后，加入聚羧酸超塑化剂，制备形成石墨烯-水泥混合胶体；石墨烯分散液浓度为0.001～4mg/ml，水泥、石墨烯分散液与聚羧酸超塑化剂每立方米的质量比为473:99.2:19.5；
步骤二：将石墨烯-水泥混合胶体附着在钢筋2上一圈，形成石墨烯应变单元1。
进一步的，所述的石墨烯分散液中加入表面活性剂，石墨烯分散液与表面活性剂的质量为250000:1～125000:1。
进一步的，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚的一种或多种。
用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置的使用方法，其步骤为：
步骤一：石墨烯应变单元1的制备：石墨烯分散液与水泥均匀混合，加入聚羧酸超塑化剂，制备形成石墨烯-水泥混合胶体；石墨烯分散液浓度为0.001～4mg/ml，水泥、石墨烯分散液与聚羧酸超塑化剂每立方米的质量比为473:99.2:19.5；
步骤二：将步骤一中的石墨烯-水泥胶体附着在钢筋2上一圈，形成石墨烯应变单元1；
步骤三：石墨烯应变单元1的两侧分别设置塑料软导管4，塑料软导管4设置在混凝土试块3内且塑料软导管4从混凝土试块3边缘引出；塑料软导管4内设置有应变片导线5，应变片导线5一端连接石墨烯应变单元1，应变片导线5一端连接电学测试设备；
步骤四：通过电学设备连通试件中埋置的石墨烯-水泥混合胶体，即采集到不同荷载作用下石墨烯-水泥混合胶体的电阻变化ΔR，再利用下式求得钢筋沿埋置长度各点的应变值ε：
Figure BDA0001520215560000031
其中ΔR/R是电阻变化量，Ks是灵敏度系数；
然后利用胡克定理σ＝E·ε将应变转换为应力，进而采用如下的公式求得各点的粘结应力值τ：
Figure BDA0001520215560000032
式中，r为钢筋半径，x为钢筋轴向的不同位置。
本发明的有益效果：
(1)试验方法简单，方便快捷，试件制作省工且节约成本；
(2)对钢筋没有损伤，特别是大直径钢筋，而且使采集小直径钢筋的应变沿埋置长度分布成为可能；
(3)适合大批量试验的试件制作,易于推广至钢筋混凝土结构试验研究的各领域。
附图说明
图1为本发明实施的试件示意图：图(a)是主视图，图(b)是俯视图；
图2为钢筋的平面示意图；
图3为钢筋横截面示意图；
图4为图2的1-1剖面图。
具体实施例
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1-4所示，用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置，包括混凝土试块3和钢筋2，钢筋2设置在混凝土试块3内，钢筋2与混凝土试块3的接触部位设置有多个石墨烯应变单元1，石墨烯应变单元1的两侧分别设置塑料软导管4，塑料软导管4设置在混凝土试块3内且塑料软导管4从混凝土试块3边缘引出；塑料软导管4内设置有应变片导线5，应变片导线5一端连接石墨烯应变单元1，应变片导线5另一端连接电学测试设备。
基于石墨烯的混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置的使用方法：其步骤为：
步骤一：石墨烯应变单元1的制备：石墨烯分散液与水泥均匀混合，加入聚羧酸超塑化剂，制备形成石墨烯-水泥混合胶体；石墨烯分散液浓度为0.5mg/ml，用量为55g，水泥的用量为262.2g，聚羧酸超塑化剂的用量为：11.4g；
步骤二：将步骤一中的石墨烯-水泥混合胶体附着在钢筋2上一圈，形成石墨烯应变单元1；
步骤三：石墨烯应变单元1的两侧分别设置塑料软导管4，塑料软导管4设置在混凝土试块3内且塑料软导管4从混凝土试块3边缘引出；塑料软导管4内设置有应变片导线5，应变片导线5一端连接石墨烯应变单元1，应变片导线5另一端连接电学测试设备；
步骤四：通过电学设备连通试件中埋置的石墨烯-水泥混合胶体，即可采集到不同荷载作用下石墨烯-水泥混合胶体的电阻变化ΔR，再利用下式求得钢筋沿埋置长度各点的应变值ε：
Figure BDA0001520215560000051
其中ΔR/R是电阻变化量，Ks是灵敏度系数。
然后利用胡克定理σ＝E·ε将应变转换为应力，进而采用如下的公式求得各点的粘结应力值τ：
Figure BDA0001520215560000052
式中，r为钢筋半径，x为钢筋轴向的不同位置。

Claims (5)

1.用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置，其特征在于，包括混凝土试块(3)和钢筋(2)，钢筋(2)设置在混凝土试块(3)内，钢筋(2)与混凝土试块(3)的接触部位设置有多个石墨烯应变单元(1)，石墨烯应变单元(1)的两侧分别设置塑料软导管(4)，塑料软导管(4)设置在混凝土试块(3)内且塑料软导管(4)从混凝土试块(3)边缘引出；塑料软导管(4)内设置有应变片导线(5)，应变片导线(5)一端连接石墨烯应变单元(1)，应变片导线(5)另一端连接电学测试设备。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置，其特征在于，所述的石墨烯应变单元(1)的制备方法，包括步骤一：石墨烯分散液与水泥均匀混合，加入聚羧酸超塑化剂，制备形成石墨烯-水泥混合胶体；石墨烯分散液浓度为0.001～4mg/ml；水泥、石墨烯分散液与聚羧酸超塑化剂每立方米的质量比为473:99.2:19.5；
步骤二：将石墨烯-水泥混合胶体附着在钢筋(2)上一圈，形成石墨烯应变单元(1)。
3.根据权利要求2所述的用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置，其特征在于，所述的石墨烯分散液中加表面活性剂，石墨烯分散液与表面活性剂的质量比为250000:1～125000:1。
4.根据权利要求3所述的用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置，其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚的一种或多种。
5.用于混凝土与钢筋之间粘结应力测试装置的使用方法：其步骤为：
步骤一：石墨烯应变单元(1)的制备：石墨烯分散液与水泥均匀混合，加入聚羧酸超塑化剂，制备形成石墨烯-水泥混合胶体；石墨烯分散液浓度为0.001～4mg/ml，水泥、石墨烯分散液与聚羧酸超塑化剂每立方米的质量比为473:99.2:19.5；
步骤二：将步骤一中的石墨烯-水泥混合胶体附着在钢筋(2)上一圈，形成石墨烯应变单元(1)；
步骤三：石墨烯应变单元(1)的两侧分别设置塑料软导管(4)，塑料软导管(4)设置在混凝土试块(3)内且塑料软导管(4)从混凝土试块(3)边缘引出；塑料软导管(4)内设置有应变片导线(5)，应变片导线(5)一端连接石墨烯应变单元(1)，应变片导线(5)一端连接电学测试设备；
步骤四：通过电学设备连通试件中埋置的石墨烯-水泥混合胶体，即可采集到不同荷载作用下石墨烯-水泥混合胶体的电阻变化ΔR，再利用下式求得钢筋沿埋置长度各点的应变值ε：
Figure FDA0002452463600000021
其中ΔR/R是电阻变化量，Ks是灵敏度系数；
然后利用胡克定理σ＝E·ε将应变转换为应力，进而采用如下的公式求得各点的粘结应力值τ：
Figure FDA0002452463600000031
其中，σ为正应力，ε为正应变，E为杨氏弹性模量，r为钢筋半径，x为钢筋轴向的不同位置。
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